單螺桿泵的工作特點

單螺桿泵舉升系統(tǒng)作為一種性好、運行費用低、投資少的人工舉升方法，適用于淺井、稠油井、含砂井和含氣井。但是目前工藝設(shè)計理論不夠完善，致使油井生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，并造成系統(tǒng)資源和能源浪費，所以不銹鋼螺桿泵提高該工藝設(shè)計技術(shù)水平，對其推廣應(yīng)用具有重要意義。

在深入分析單螺桿泵采油機理和環(huán)空內(nèi)流體流動規(guī)律的基礎(chǔ)上，以垂直同軸圓柱環(huán)形空間內(nèi)的螺旋流流場作為抽油桿一油管形成的環(huán)空內(nèi)流體流場的簡化模型，得出了粘性流體螺旋流的速度及排量計算方法?；谫|(zhì)量、動量、能量守恒原理及井筒徑向傳熱理論，建立了預(yù)測環(huán)空螺旋流壓力溫度分布的綜合數(shù)學模型。模型中考慮了焦耳一湯姆遜效應(yīng)、井身結(jié)構(gòu)、環(huán)空傳熱介質(zhì)及其物理性質(zhì)沿井深的變化。采用以井口溫度作為未知量的數(shù)值求解方法，通過迭代求解，可以避免因井口溫度參數(shù)輸入不準引起的計算誤差，模型求解考慮了因保溫螺桿泵發(fā)熱引起的流體溫升。

基于抽油桿柱的斷脫失效形式、原因和動力學分析結(jié)果，建立了以波動方程為基礎(chǔ)的抽油桿柱運動數(shù)學模型。離散分析該模型，結(jié)合初始條件和邊界條件，應(yīng)用有限差分方法進行數(shù)值求解。利用該模型，可以根據(jù)在地面測試的光桿扭矩變化規(guī)律計算出井筒中任意部位及螺桿泵處抽油桿扭矩的變化情況，也可以根據(jù)三螺桿泵處抽油桿扭矩變化來預(yù)測光桿扭矩的變化，為進一步研究單螺桿泵抽油桿柱的運動特性和采油系統(tǒng)的工作狀況提供了理論基礎(chǔ)。

根據(jù)3G螺桿泵舉升系統(tǒng)的工作特點，以螺桿泵為函數(shù)節(jié)點，提出了工藝設(shè)計方法。結(jié)合舉升流體所需功率和螺桿泵特性曲線，以泵效為優(yōu)化目標函數(shù)，泵型；并對泵掛進行敏感性分析，確定合理的泵掛。應(yīng)用第四強度理論，求解桿柱在扭矩和軸向力條件下的復合應(yīng)力，設(shè)計抽油桿柱。由舉升流體所需功率和螺桿泵轉(zhuǎn)速預(yù)測電動機軸的負載功率，確定地面電機額定功率。

基于單螺桿泵舉升系統(tǒng)地面部分和井下部分能量損失情況分析，建立系統(tǒng)效率分析模型。并將其分解為電機效率、減速箱和皮帶效率、抽油桿效率、螺桿泵效率及管柱效率，分別研究影響系統(tǒng)效率的各個因素。

分別以華北二連油田巴18-55油井和蜀南氣礦合8有水氣井為例，對單螺桿泵舉升系統(tǒng)進行采油和排水采氣工藝設(shè)計。計算了在給定生產(chǎn)條件下(產(chǎn)量、油壓等)所需的泵功率及級數(shù)，選擇合理的螺桿泵、抽油桿柱和地面電機功率，并且分析了生產(chǎn)氣油比、含水率等敏感性參數(shù)對舉升效率、抽油桿柱扭矩和軸向力的影響。